用于頭戴式顯示器的眼睛跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于頭戴式顯示器的眼睛跟蹤系統(tǒng)
[0001]
[0002]近眼顯示設備被配置成經(jīng)由定位在用戶眼睛附近的顯示器來向用戶呈現(xiàn)圖像。例如，頭戴式增強現(xiàn)實顯示設備可被佩戴在用戶的頭上以將近眼顯示器定位在用戶眼睛的正前方。近眼顯示設備可包括用于基于從用戶的眼睛反射的光來跟蹤用戶注視的成像設備。
[0003]概述
[0004]提供了用于透視頭戴式顯示系統(tǒng)的各實施例。在一個實施例中，透視頭戴式顯示系統(tǒng)包括自由曲面棱鏡；配置成透過自由曲面棱鏡向用戶的眼睛發(fā)出顯示光的顯示設備；以及配置成接收從眼睛反射并被定向穿過自由曲面棱鏡的注視檢測光的成像設備。透視頭戴式顯示系統(tǒng)還可包括照明棱鏡，其中顯示光被透過照明棱鏡發(fā)出且注視檢測光被透過照明棱鏡來發(fā)出和接收。以此方式，顯示光和注視檢測光可共享光學裝置以提供緊湊結構。本文描述的安排還可使得成像設備能被定位在該系統(tǒng)的后聚焦面處，使得成像系統(tǒng)是對象空間遠心的。成像系統(tǒng)的遠心性使得該系統(tǒng)能維持注視方向確定中的準確度，而不管用戶的眼睛與透視頭戴式顯示系統(tǒng)的各元件之間的距離的變化。
[0005]提供本概述以便以簡化形式介紹將在以下詳細描述中進一步描述的一些概念。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不旨在標識所要求保護主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。而且，所要求保護的主題不限于解決該公開的任一部分中所注的任何或全部缺點的實現(xiàn)方式。
[0006]附圖簡沐
[0007]圖1示出根據(jù)本公開的一實施例的由用戶佩戴的透視頭戴式顯示設備。
[0008]圖2示意性地示出根據(jù)本公開的一實施例的圖1的透視頭戴式顯示設備。
[0009]圖3示意性地示出根據(jù)本公開的一實施例的透視顯示器和用于將顯示光和注視檢測光定向到用戶的眼睛的光路。
[0010]圖4示意性地示出根據(jù)本公開的一實施例的圖3的透視顯示器和用于獲取眼睛的圖像以檢測注視方向的光路。
[0011]圖5示出根據(jù)本公開的一實施例的使用透視頭戴式顯示設備執(zhí)行注視檢測的方法的流程圖。
[0012]圖6示出根據(jù)本公開的一實施例的計算系統(tǒng)的框圖。
[0013]詳細描沐
[0014]近眼顯示系統(tǒng)除了用于向用戶顯示圖像的組件之外還可包括用于跟蹤用戶的注視的組件。在利用波導或類似顯示技術的近眼顯示系統(tǒng)中，用于注視跟蹤系統(tǒng)的閃光源和相機可被定位在波導外部，使得閃光源發(fā)出且由相機接收到的光不穿過波導。這樣的系統(tǒng)可對眼睛縱向和橫向移動敏感，如眼睛與近眼顯示器的一個或多個組件之間的距離的變化。例如，在眼睛移動離開近眼顯示器時，在相機處接收到的眼睛的圖像可能看起來更小，從而使眼睛與定向到眼睛以用于注視跟蹤的閃光或其他跟蹤元素之間的相對位置失真。
[0015]因而，公開了用于在近眼顯示系統(tǒng)中利用自由曲面棱鏡以使得顯示器和注視跟蹤系統(tǒng)可利用相同光學組件來傳送和/或接收光的各實施例。共享光學結構允許注視跟蹤系統(tǒng)是對象空間遠心的，使得與非遠心結構相比，將注視跟蹤系統(tǒng)定位在自由曲面棱鏡的后聚焦面處的系統(tǒng)的各實施例對眼睛縱向和橫向移動較不敏感。自由曲面棱鏡使眼睛圖像能被校準且聚焦于注視跟蹤系統(tǒng)的相機透鏡處，而無需放大圖像。因此，相對于近眼顯示系統(tǒng)的眼睛移動可能不影響注視跟蹤系統(tǒng)的準確度。
[0016]圖1示出由用戶102佩戴的透視頭戴式顯示設備100形式的近眼顯示系統(tǒng)的示例實施例。頭戴式顯示設備100可被用于例如經(jīng)由透視顯示器來顯示增強現(xiàn)實圖像，其中所顯示的虛擬對象連同現(xiàn)實世界背景場景中的物理對象一起是可查看的。盡管在頭戴式顯示設備的上下文中描述，將理解，所公開的實施例可以與任何其他合適的近眼顯示設備一起使用。透視頭戴式顯示設備100可包括用于將設備定位在相對于用戶102的眼睛的目標查看位置處的框架104。例如，目標查看位置可與眼睛可正確感知所顯示的圖像的空間中的區(qū)域相對應。
[0017]圖2示出圖1的透視頭戴式顯示設備100的示意圖。所描繪的透視頭戴式顯示設備100包括右透視顯示器200a和左透視顯示器200b。每一透視顯示器可被配置成既向用戶顯示圖像又允許用戶查看現(xiàn)實世界環(huán)境。例如，每一透視顯示器可包括配置成透過光學結構發(fā)出顯示光到達用戶的眼睛的顯示設備。光學結構還可允許來自現(xiàn)實世界環(huán)境的光到達用戶的眼睛。圖2示意性地示出可被用來向用戶輸出聲學信息的話筒202。這樣的聲學信息可以采取任何合適的形式，包括但不限于計算機生成的適當語言(如用戶選擇的)的語音輸出、并非專用于任何語言的音調或其他聲音、和/或任何其他合適的聲音。在一些實施例中，其他類型的輸出可由透視頭戴式顯示設備100提供，如觸覺/觸摸輸出。
[0018]透視頭戴式顯示設備100包括右眼相機204a和左眼相機204b，在圖2中示意性地示出。相機204a和204b可被配置成捕捉用戶的每一眼睛的圖像以用于確定注視方向。例如，眼睛相機204a和204b可以接收從用戶的眼睛反射離開的注視檢測光(例如，來自閃光源)，并基于反射的注視檢測光的位置和移動來跟蹤用戶的注視。如下文參考圖3和4更詳細地描述的，眼睛相機204a和204b可以利用透視顯示器200a和200b的顯示設備所使用的光學結構的至少一部分。因此，眼睛相機可被定位在顯示設備的前側，因為注視檢測光可經(jīng)由透視顯示器的光學結構而聚焦在相機上。
[0019]透視顯示器200a和200b以及眼睛相機204a和204b可經(jīng)由一個或多個框架104的緊固機構被定位在相對于眼睛的查看位置處。例如，如圖2所示，框架104可經(jīng)由耳承206由用戶的耳朵并經(jīng)由鼻梁208由用戶的鼻子支撐，以降低框架104的滑動。將理解，圖2所示的支撐(如耳承206、鼻承、以及鼻梁208)在本質上是示例性的，且頭戴式透視顯示設備的透視顯示器可經(jīng)由任何合適的機構被定位在查看位置處。例如，可以利用附加支撐，和/或圖2所示的支撐中的一者或多者可被移除、替換、和/或擴充以將透視顯示器定位在查看位置處。此外，透視顯示器可通過除與物理上接觸用戶的支撐以外的機構來被定位在查看位置處，而不背離本公開的范圍。
[0020]在使用期間，眼睛、顯示器200a和200b以及眼睛相機204a和204b之間的距離可能變化。如上所述，除非該系統(tǒng)是對象空間遠心的，否則來自眼睛相機204a和204b的眼睛圖像的大小可響應于眼睛與顯示器/相機之間的距離的這種變化而被更改。因而，眼睛相機204a和204b中的每一者的入射光瞳可任選地分別定位在顯不設備200a和200b的光學裝置的后聚焦面處，以維持準確注視跟蹤，而不管眼睛、光學裝置以及眼睛相機之間的深度變化。
[0021]現(xiàn)在轉向圖3，描繪了透視顯示器300的示例實施例。透視顯示器300包括用于將顯示光和注視檢測光兩者定向到用戶304的眼睛302的光學結構。透視顯示器300包括在306處示意性地示出的被配置成產(chǎn)生圖像以顯示給用戶304的顯示子系統(tǒng)。顯示子系統(tǒng)306可包括用于產(chǎn)生圖像以供顯示的任何合適的組件，包括但不限于微顯示器和一個或多個光源。來自顯示子系統(tǒng)306的顯示光LD沿顯示光路(由在顯示子系統(tǒng)306處始發(fā)的光線指示)行進以到達用戶的眼睛302。將理解，分開的透視顯示器300可被用于左眼和右眼顯示器，如圖2所示。
[0022]顯示子系統(tǒng)306可將光定向透過包括配置成傳送來自顯示設備的顯示光的分束器310 (例如，偏振分束器或熱鏡)的照明棱鏡308，例如，分束器310可被配置成使可見光通過而反射紅外光。在一些實施例中，顯不子系統(tǒng)306可包括反射微顯不器，如娃上液晶(LCoS)顯示器。在其他實施例中，顯示子系統(tǒng)可包括發(fā)射微顯示器，如有機發(fā)光二極管(0LED)陣列顯示器類型、無機發(fā)光二極管(iLED)陣列顯示器類型、和/或任何其他合適的微顯示器。分束器